有源瞬變高壓保護(hù)器(08-100)

　　前言

　　絕大多數(shù)電子系統(tǒng)需要過壓、電池反接和瞬變保護(hù)。這些強(qiáng)干擾會降低系統(tǒng)性能、使功能失常、甚至損壞電子部件。例如，在汽車電子系統(tǒng)中，電子模塊是由汽車電池直接或間接供電的，即便在正常工作條件下也會產(chǎn)生各種電氣干擾，并通過導(dǎo)線以傳導(dǎo)、耦合和輻射方式影響各模塊中的電子部件。干擾源包括點(diǎn)火系統(tǒng)、電機(jī)、開關(guān)抖動以及“負(fù)載泵”效應(yīng)(即直流馬達(dá)工作時切斷電源所產(chǎn)生的電壓)等。負(fù)載泵效應(yīng)可持續(xù)幾百毫秒，電壓超過100V。另一個危害是汽車起動時，起動器會讓電源電壓從12V突然降至5V，至少能持續(xù)數(shù)十毫秒，使電子系統(tǒng)瞬時不能工作。最后，一些誤操作，比如電池接反了，也是要考慮到的。

　　標(biāo)準(zhǔn)分立器件

　　在電路板一級，用來箝制電壓的常用器件有：

　　·壓敏電阻(Varistor)：壓敏電阻是一種非線性電阻元件，電阻值隨電壓而變，在高于某個阻值時，電阻突然降低，從而使過電壓箝位在一定值。它的功能類似于兩個背靠背的穩(wěn)壓二極管，因而能箝制正電壓，也能箝制負(fù)電壓。外面用環(huán)氧樹脂包封。由于它的突波承受能力取決于它的物理尺寸，因而有可能獲得較高的浪涌電流值，但在接近擊穿電壓處漏電較大，且擊穿電壓隨流過的電流而稍有增加。還有一點(diǎn)要注意，壓敏電阻可靠性較差，易老化。嚴(yán)格地說，它是一次性使用的，因?yàn)槭艿竭^壓沖擊后，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆的變化。

　　·瞬變電壓抑制二極管(TVS)：這是一種在穩(wěn)壓二極管基礎(chǔ)上發(fā)展起來的產(chǎn)品。當(dāng)TVS管兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時，它能以極高速度使其阻抗驟然降低，同時吸收一個大電流，將其兩端間電壓箝位在一個預(yù)定的數(shù)值上，從而確保后面的電路元件免受瞬態(tài)高能量的沖擊而損壞。TVS的電路符號與普通穩(wěn)壓二極管相同，它的正向特性與普通二極管相同，反向特性為典型的PN結(jié)雪崩器件。由于它具有響應(yīng)時間快、瞬態(tài)功率大、漏電流小、箝位電壓較易控制、體積小等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛地使用。

　　傳統(tǒng)保護(hù)電路

　　一種簡單而又經(jīng)濟(jì)實(shí)用的保護(hù)敏感電路的方法如圖1(a)所示，即在負(fù)載處并聯(lián)一個箝位元件，如TVS二極管，前面再串聯(lián)一個保險絲。TVS二極管能將瞬變過壓箝制在擊穿電壓;對瞬變反向電壓或穩(wěn)態(tài)負(fù)電奪，TVS偏置在正向，限制在1V以下，從而也保護(hù)了下游電路。如果正向或反向電壓持續(xù)時間過長，保險絲將被燒毀。

　　圖1(a) 過壓保護(hù)電路                               圖1(b) 過壓和電池接反保護(hù)電路     　圖1(c) 壓敏電阻保護(hù)電路

　　為了使電路能連續(xù)地工作，可用一個二極管來替代保險絲，變成圖1(b)形式。串聯(lián)的二極管D1能防止電池接反而損壞電路元件，也能保護(hù)大于TVS二極管D2擊穿電壓的脈沖過壓對器件可能造成的損害，這時相當(dāng)于串聯(lián)了一個限流二極管。請注意，D1的反向擊穿電壓應(yīng)大于最大可能的負(fù)瞬變電壓。

　　出于體積小、功耗高的考慮，在電路板面積有限、電路元件對正、負(fù)過壓有一定容限的應(yīng)用，也常用壓敏電阻來替代TVS二極管D2，如圖1(c)。對于正、負(fù)過壓脈沖，只要大于它的擊穿電壓，都能起到保護(hù)作用。